DE606319C - Drehfluegelsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung- bezieht sich auf ein System von Flügeln mit freier Drehbeweglichkeit nach Patent 579351, das unter gewissen Betriebszuständen als Tragschraube nutzbar wird, das sich aber unter normalen Flugbedingungen nicht dreht, wobei der geringe Widerstand für die Bewegung des Flugzeuges nicht nachteilig ist. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mittels eines kleinen Hilfsruders er-

to reicht, das an einem der Tragschraubenflügel beschränkt schwingbar befestigt ist.

In gewissen Fällen, d.h. wenn die' Tragschraube in bezug zur Bewegungsrichtung zweckmäßig eingestellt ist, kann sie, außer zu 'einem Stirnwiderstand, auch zu einer kleinen Hubkraft Anlaß geben, die, wenn auch nur in geringem Maße, imstande ist, zum Auftrieb des Flugzeuges beizutragen.

Die zur Erläuterung der Erfindung beiliegenden schematischen Zeichnungen zeigen in Abb. 1 die Tragschraube im Grundriß; Abb. 2 und 3 sind Einzelheiten des selbsttätigen Ruders; Abb. 4 und 5 zeigen die Anordnung der Teile im Aufriß und im Grundriß, und die Abb. 6 und 7 erläutern die Wir-■ kungsweise des Hilfsruders.

Die Tragschraube besitzt vier Flügel 1, 2, 3, 4; es können aber auch nur zwei, nämlich 2 und 4, zur Anwendung gelajngen. Alle Flügel haben, wenn überhaupt, nur sehr kleine Anstellwinkel. Die Flügel 1 und 3 sind in Form und Länge gleich und nehmen nach außen an Breite ab. Der Flügel 2 ist wesentlich kürzer, breiter und dicker' als ,der Flügel 4. Sie beide bilden zusammen eine aerodynamisch gut durchgebildete Einheit. Geeignete Gegengewichte im Inneren der Flügel sichern die notwendige Übereinstimmung des Schwerpunktes mit der Drehachse. Das vordere Ende des Flügels 2 kann aus Holz und das übrige hohl ausgeführt sein. Der Flügel 4 ist mit einem selbsttätigen Ruder 5 versehen, d. h. mit einem kleinen flachen Stück, das eine rechteckige oder auch eine sonstige Form, z. B. Trapezform (5'), aufweist. Der Flügel 4 kann auch durch ein sehr großes Ruder 5 oder durch einen Flügel mit veränderlicher Verwindung ersetzt werden.

Das kleine flache Stück 5 ist auf einer Achse 6 drehbar gelagert. Im Ausführungsbeispiel hat die Achse 6 einen Kopf 7, um den Schub aufzunehmen und das Ruder bei

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der Drehung· der Tragschraube zu halten; das Ruder 5 soll sich nur unter der Wirkung der verschiedenen um seinen Drehzapfen 6 herum wirkenden Kräfte drehen können, ohne sich dabei parallel zu diesem zu verschieben.

Die Abb. 3 zeigt den Schnitt des Teiles 5 schraffiert und den Flügel 4 in Stirnansicht. Das Ruder 5 ist frei drehbar um den Schaft 6 gelagert, und seine Schwingbewegung um ίο diesen herum ist oben durch einen am Flügel 4 fest angeordneten Anschlag 33 begrenzt. Nämlich, I, entweder nimmt das Ruder 5 denselben sehr kleinen Anstellwinkel an wie der Flügel 4. In diesem Falle bildet das Ruder eine Fortsetzung des Flügels 4, und die beiden Teile der Abbildung, nämlich der schraffierte und der nichtschraffierte, würden zusammenfallen, oder, II, das Ruder 5 nimmt die in Abb. 3 angegebene Stellung ein, nämao lieh den Grenzwinkel α von 10 bis 30⁰ mit Bezug auf den Flügel 4. .-■:..-..»

Im Inneren des Flügels 4 ist ein kleiner Bolzen 8 mit Anschlag 9 vorgesehen. Dieser Bolzen verschiebt sich in geeigneter Führung und tritt dann in <eine Ausnehmung 10 am Ruder 5 ein, wenn das letzte sich in seiner den kleinsten Anstellwinkel bildenden Stellung befindet und gewissermaßen einen einzigen Körper mit dem Flügel 4 bildet. In dieser Stellung verhindert der Bolzen 8 die Drehung des Teiles 5 um die Spindel 6. Gewöhnlich ist aber der Bolzen mittels einer kleinen Feder 11 zurückgezogen und innerhalb des Flügels 4 gemäß Abb. 2 festgehalten.
Die Tragschraube ist auf dem Flugzeug mittels der vier Streben 12, 13, 14, 15 (Abb. 4 und 5) gehalten. Die Streben bilden eine Pyramide, wie aus Abb. 5 ersichtlich; in dieser Abbildung gibt der Pfeil 16 die Richtung des Flugzeuges, also die Achsrichtung der Zugschraube an.

Die Streben sind an ihrem oberen Ende vereinigt '(Abb. 4 zeigt nur die Streben 12 und 14 aus Gründen der größeren Deutlichkeit) und tragen einen waagerechten Drehzapfen 17, um welchen die Drehachse 0-0 der Tragschraube sich drehen kann. Diese Drehachse wird gebildet aus einem Rohr,' welches an seinem unteren Ende abgeflacht ist, und hat hier einen Kopf 18, der in einer Kurvenführung 19 geführt ist, deren Enden unmittelbar mit den Streben 12 und 14 und mittelbar mittels der Stangen 20, 21 mit den Streben 13 und 15 verbunden sind.

An dem Ende des abgeflachten Kopfes 18, welches sich etwas unter die Führung 19 erstreckt, sind zwei Kabel (Drahtseile 22, 23) befestigt, die unter Vermittlung von Leitrollen zu einem einzigen Steuerkabel in bequemer Reichweite des Piloten vereinigt sind, damit dieser in der Lage ist, die Neigung der Drehachse zwischen den beiden obenerwähnten äußersten Stellungen zu regeln, nämlich zwischen der Stellung, wo die Achse senkrecht zur Achse des Flugzeugrumpfes gerichtet ist, und der Stellung, wo die genannte Achse etwa 30 bis 40⁰ rückwärts geneigt ist. In diesem Falle hegt die Tragschraubenachse 0-0 an der Stütze 12 an.

Die Vorrichtung ist in einer solchen Stellung angebracht, daß der Schwerpunkt des Flugzeuges innerhalb des Wink'elbereiches gelegen ist, der von den zwei- obenerwähnten Richtungen der Drehachse gebildet wird. Der Schwerpunkt wird, näherungsweise durch den Punkt G (Abb. 4) angegeben. Die Streben 12 und 14 sind mit den anderen oben beschriebenen Teilen in ein Gehäuse 24, durch die punktierte Linie in Abb. 5 angedeutet, eingeschlossen, damit auf diese Weise ein Körper mit Stronüinienform entsteht. Der Körper umfaßt sowohl den Zapfen 17 als auch das ganze Dreieck, welches von den Streben 12 und 14 und von der Linie m-m begrenzt wird. Wenn das äußere Gehäuse 24 fehlt, sind die Stützen 13 und 15 und die Stäbe 20, 21 für sich mit der üblichen windschnittigen Umkleidung versehen. Es ist zweckmäßig, stoßdämpfende Mittel (Puffer o. dgl.) an den mit 26 und 27 in Abb. 5 bezeichneten Punkten anzubringen, um die Stöße zu verhindern, welche beim Auf treffen des Kopfstückes 18 entstehen.

Die Vorrichtung ist bezüglich der Querrichtung des Flugzeuges derart angeordnet, daß die Tragschraube ein wenig zur Rechten oder zur Linken der Zugachse des Flugzeuges verschoben ist, je nachdem, ob sich die Tragschraube im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt dreht.

Wenn die Tragschraube in der durch den Pfeil 25 (Abb. 1) angegebenen Richtung sich dreht, so muß sie auf dem Flugzeug etwas zur Linken aufgestellt sein; findet die Drehung in der entgegengesetzten Richtung statt, so muß die Aufstellung etwas nach rechts erf ohjen. Die Steuermittel können durch irgendwelche" bekannten mechanischen Einrichtungen angetrieben werden; solche sind auf der Zeichnung nicht weiter dargestellt. .

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn die Tragschraube in der oben beschriebenen und in Abb. 4 gezeigten Stellung sich befindet, also mit ihrer Achse senkrecht oder nahezu senkrecht zum Flugzeugrumpf sich befindet, so hat das Ruder 5 die Wirkung, sich in die Stellung gemäß Abb. 1 zu begeben, d. h. die Tragschraube nimmt die Form eines kleinen Flugzeuges"-aaa, welches als Rumpf den Teil 2, 4 und als Tragfläche die Teile 1 und 3 besitzt.

Hat das durch eine 'etwaige Schwingbewe-

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gung der Schraube um die Achse o-o mitgenommene Ruder ζ das Bestreben, sich seitlich zu verschieben, dann wird es durch Seitenwand 28 von rechts, der die Schubwirkung 30 hervorruft, oder durch Seitenwind 29 von links, der die S chub wirkung 3 χ hervorruft, igetroffen. In beiden Fällen legt sich das Ruder infolge der vom Druckmittelpunkt erfahrenen Verschiebung gegen den Anschlag 33 an und bringt die Flügel 2 und 4 wieder in die axiale Stellung.

Die Fläche 5 wirkt also wie ein selbsttätiges Seitenruder auf die Tragschraube und hält diese in der in Abb. 1 dargestellten Lage,

x 5 d. h. so, daß die Hauptrichtung der Flügel 2, 4 parallel zur Richtung der Vorwärtsbewegung ν liegt.

Wenn sich nun die Flugzeugrichtung abwärts neigt, was 'entweder durch Absinken des Flugzeuges oder durch den Führer, der es zu 'einem steilen Abstieg vermittels des Höhenruders zwingt, veranlaßt wird, so hört, wenn die genannte Neigung einen gewissen Betrag erreicht hat, die vorher geschilderte seitliche aerodynamische Wirkung auf den Teil s auf, weil nunmehr das Ruder von unten in der Richtung des Pfeiles 31° angeblasen 'wird. Unter dieser Bedingung stellt sich der Teil 5 selbsttätig gerade, indem er die oben mit I bezeichnete Stellung einnimmt, d. h. er bildet einen einzigen Körper oder eine Fortsetzung des Flügels 4. Der Rudereffekt der Fläche 5 kommt nun in Fortfall, und das System wird eine sehr wirksame frei umlaufende Fall- oder Tragschraube, die eine Brems- oder Auftriebswirkung hervorruft. Um zu erreichen, daß während der erwähnten Selbstdrehung die Fläche 5 in der gewünschten Stellung verharrt, wird die beim Umlauf

4.0 auftretende Schleuderkraft nutzbar gemacht; sie drückt die Feder 11, die auf dem Bolzen 8 im Flügel 4 vorgesehen ist, nach einer gewissen Zahl von Umdrehungen zusammen und den Bolzen 8 in die Rast ι ο ein, so daß eine starre Verbindung zwischen dem Ruder 5 und dem Flügel 4 hergestellt ist. Verläßt das Flugzeug seine sinkende Bewegung und nimmt den waagerechten Flug wieder auf, so nimmt die Drehzahl der Tragschraube ab, und die Wirkung der Feder überwiegt wieder diejenige der Schleuderkraft, so daß der Bolzen wieder in das Innere des Flügels 4 zurückgezogen wird; das Ruder wird freigegeben und nimmt unter der Wirkung nun wieder des Seitenwindes 28 oder 29 seine in Abb. 3 gezeichnete Stellung ein, wobei es wieder wie ein Seitenruder wirkt und die Tragschraube in ihrer Stellung gemäß Abb. 1 stabilisiert, wie weiter oben beschrieben.

Das Ruder 5 sichert so den selbsttätigen Wechsel aus dem drehungslosen Zustand in die selbsttätige Drehung, und umgekehrt, ohne irgendein Zutun des Führers, der gegebenenfalls nur die Neigung der Achse 0-0 regelt.

Die Einrichtung wird, wie bereits erwähnt, derart zum Schwerpunkt G eingestellt, daß die sich drehende Tragschraube ein Moment gegen das seitliche Kippen des Flugzeuges erzeugt, da die Tragschraube im allgemeinen kein Druckzentrum besitzt, welches mit der Drehachse zusammenfällt. Die zu diesem Zweck erforderliche Seitenverschiebung ist in Abb. 5 angegeben. Die Tragschraube ist etwas nach rechts oder links verschoben, je nach der Drehrichtung. Durch die Einstellung der Tragschraube gemäß Abb. 4 schneidet die aerodynamische Resultante aller auf die Tragschraube einwirkenden Kräfte die Achse des Schubes der Vortriebsschraube, so daß alle Kippwirkungen aufgehoben, sind.

Da die Flügel 2 und 4 verschiedene Längen haben, geben sie an der Nabe zu verschiedenen Momenten Anlaß, was zur Folge haben kann, daß sich das dynamische Gleichgewicht der Schraube ändert und Schwingungen hervorgerufen werden. Dieser NacHteil wird dadurch beseitigt, daß dem Flügel 4, der langer ist und somit eine größere Schubwirkung ausüben würde, ein Anstellwinkel verliehen wird, der verschieden ist von jenem des entgegen- go gesetzten Flügels 2 und nach den Grundsätzen der Aerodynamik derart gewählt wird, daß die Schubwirkung des Flügels 4 verringert wird, so daß sie jener des Flügels 2 entspricht. Auf diese Weise wird das Gleichgewicht der entgegengesetzten Kräfte wiederhergestellt und die Tragschraube vollkommen ausbalanciert.

Die Wirkungsweise des Ruders 5 geht aus der Darstellung der Abb. 6 und 7 hervor. Die Abb. 6 zeigt ,die Tragschraube außerhalb der stabilen Lage; der längere Flügel 4 und das Ruder 5 werden schräg von der Luftströmung v¹ beaufschlagt, ν bezeichnet die Bewegungsrichtung der Gesamteinrichtung. Der Pro-, peller weist einen negativen Anstellwinkel α² von 2 bis 3⁰ oder mehr auf; die Drehachse ist mit 34 gekennzeichnet. Wenn das Ruder 5 einen Anstellwinkel α² von nur 2 bis 3⁰ hat, dann wäre zwar die Bremswirkung beim Drehen 'eine gute; jedoch würde die Dämpfungswirkung des Ruders 5 mangelhaft sein, wenn die Tragschraube stillsteht. Wie Abb. 7 zeigt, trifft nämlich die Luftströmung v¹ das Ruder 5 unter einem Anstellwinkel, der so klein ist, daß nur ein geringer Widerstand entsteht. Es ist deshalb 'ein größerer Anstellwinkel α¹, etwa von 25 bis 30⁰, erforderlich. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgeschlagen, daß das Ruder 5 'eine selbsttätige Bewegung zwisehen zwei Endstellungen ausführt, und zwar zwischen 'einem Anstellwinkel α² von 2 bis 3⁰

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und einem solchen α¹ von 20 bis 25⁰. Der kleine Anstellwinkel kommt für den Betrieb bei sich in Drehung¹ befindlicher Schraube, der andere, größere Anstellwinkel für den Betrieb bei feststehender Schraube in Betracht.

Die selbsttätige Wirkung für die Bewegung des Ruders zwischen den beiden Endstellungen ergibt sich daraus, daß das Druckzentrum des Ruders nach dem vorderen Rande der Fläche verschoben, also außerhalb der Drehachse liegt.

Bei feststehender Schraube befinden sich Ruder 5 und Flügel 4 in einer Stellung, in welcher die Luftströmung v¹, wie Abb. 7 zeigt, unter einem Angriffwinkel a£_ von 2 bis 3 ° auf die konvexe Profilseite des Ruders auftrifft. In diesem Anstellwinkel verharrt das Ruder 5 nicht, da eine Kraft 3 5 auftritt und dasselbe in eine einen größeren Anstellwinkel (25 bis 30⁰) gewährleistende Stellung bringt, wodurch ein größerer Widerstand und somit eine erhebliche Dämpfungswirkung bei feststehender Schraube erzielt wird. Das Ruder kann mit derselben Wirkung sich auch in der entgegengesetzten Richtung drehen.

Bei in Drehbewegung befindlicher Schraube, z. B. wenn das Flugzeug im Abstieg begriffen ist, trifft eine Luftströmung V^s von unten auf das Ruder, erzeugt dort am Druck- *" mittelpunkt desselben eine Kraft 36, und diese dreht das Ruder 6 in die andere Endstellung, welche einen Einstellwinkel von 2 bis 3⁰ aufweist.

Somit schwingt das Ruder 5 selbsttätig zwischen den beiden Endstellungen unter dem Einfluß von Luftkräften, die sich je nach dem Betriebszustand ergeben, arbeitet also völlig selbsttätig und zuverlässig. Die Steuerung für die Neigung der Achse 0-0 läßt sich in einer Weise durchführen, die keiner Erklärung im einzelnen bedarf. Es wird in Verbindung damit genügen, darauf hinzuweisen, daß es vorzuziehen ist, ein Steuerseil anstatt eines starren Gestänges zu benutzen, um alle Schwingungen auszuscheiden. Der Führer wird vorteilhaft die Tragschraube in Selbstdrehung einstellen, wenn ein ungewöhnlicher Betrag von Auftrieb notwendig wird, also, im Falle des Aufstieges, der Landung oder beim Fliegen mit niederer Geschwindigkeit.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Drehflügelsystem auf Flugzeugen für aerodynamische Abstiegbremsung oder zusätzliche Auftriebserzeugung, bei dem vier Drehflügel frei drehbar auf einer unter gewöhnlichen Bedingungen senkrecht zur Rumpfachse stehenden Hochachse sitzen und unter keinem oder einem sehr kleinen Anstellwinkel angeordnet sind, wobei zwei in einer Flucht Hegende Flügel einander gleich und die beiden anderen von verschiedener Länge, Breite und Stärke sind, nach Patent 579351, dadurch gekennzeichnet, daß der eine breitere, dickere und kürzere Flügel (2) mit dem anderen (4) einen Körper bildet, der am äußeren Ende des längeren Flügels (4) eine um eine radiale Achse (6) innerhalb gewisser Winkelgrenzen frei schwingbare ebene Platte (5) trägt, die auf das Drehfiügelsystem wie ein Seitenruder wirkt, wenn die Bewegungsrichtung des Flugzeuges in der Drehebene der Flügel (1 bis 4) liegt, aber diese Wirkung verliert, wenn die Bewegungsrichtung sich neigt.
2. 2. Flügelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein das Ruder (5) in der Grundstellung haltendes, durch Schleuderkraft gesteuertes Sperrglied (Zahn oder Bolzen).
3. 3. Drehflügelsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mit allen zugehörigen Teilen auf dem Flugzeugrumpf so gelagert ist, daß der Schwerpunkt des Flugzeuges innerhalb eines Winkels liegt, der von den beiden äußersten go Grenzlagen der Tragschraubenachse gebildet wird, nämlich zwischen ο und 30°, wobei das Tragschraubensystem je nach der Umlauf richtung etwas nach links oder rechts so versetzt ist, daß die durch den Druckmittelpunkt gehende Kraftresultierende des Flügels die Vortriebsrichtung des Flugzeuges schneidet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen